[发明专利]一种光力融合末端夹持器及其定位控制方法

权利要求书

1.一种光力融合末端夹持器，其特征在于：包括近红外光学定位仪及安装在六自由度机械臂末端的夹持机构，所述夹持机构包括穿刺针受力采集装置、穿刺针夹持装置、封装盒及封装于封装盒内的电机滑动模组；所述穿刺针受力采集装置包括穿刺针横向力采集端及位于穿刺针横向力采集端上方的穿刺针径向力采集端，所述穿刺针横向力采集端包括第一三维力传感器和第一连接构件，所述第一连接构件接近电机滑动模组的电机，所述第一三维力传感器通过第一连接构件固定在第一三维力传感器上，用于采集穿刺针穿刺过程中受到的横向力；所述穿刺针径向力采集端包括第二三维力传感器和第二连接构件，所述第二连接构件固定在电机滑动模组的滑块上，能够随滑块上下滑动，所述第二三维力传感器固定在第二连接构件上，用于采集穿刺针穿刺过程中受到的径向力；所述穿刺针夹持装置包括两个分别固定在穿刺针横向力采集端和穿刺针径向力采集端上的夹持组件；所述近红外光学定位仪配置有均带反光标记点的第一定位工具、第二定位工具和定位板，所述第一定位工具和第二定位工具分别通过支架固定在穿刺针横向力采集端和穿刺针径向力采集端上，其中，所述第一定位工具用于实时确定穿刺针的进针深度，所述第二定位工具用于实时确定穿刺针的针尖位置信息，所述定位板用于与第一定位工具配合进行工具注册，进而精准计算穿刺针的中间位置信息。

2.根据权利要求1所述的一种光力融合末端夹持器，其特征在于：所述夹持组件包括连接板、固定夹块、活动夹块、导轨、螺母、手拧螺丝和挡板；所述连接板固定在相应的三维力传感器上，所述固定夹块和挡板分别固定在连接板的左、右两端，所述导轨横设于固定夹块和挡板之间，并固定在连接板上，所述活动夹块滑动安装在导轨上，其与固定夹块相向的面上开有相互匹配的槽位，所述固定夹块和活动夹块相向的槽位能够组合形成供穿刺针通过的槽孔；所述挡板上开有一个供手拧螺丝穿过的螺孔，所述手拧螺丝穿过挡板抵触于活动夹块，并采用螺母固定，通过手拧螺丝的旋进推动活动夹块的运动来调整夹针的力度和深度。

3.一种权利要求1或2所述光力融合末端夹持器的定位控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、近红外光学定位仪实时跟踪定位第二定位工具和定位板上的反光标记点位置信息，构建第二定位工具坐标系和定位板坐标系，计算出两者的坐标转换关系，从而精准计算穿刺针的针尖位置信息；

S2、近红外光学定位仪实时跟踪定位第一定位工具上的反光标记点位置信息，构建第一定位工具坐标系，并基于第一定位工具坐标系和第二定位工具坐标系精准计算穿刺针的进针深度；

S3、结合步骤S2构建的第一定位工具坐标系、及基于六自由度机械臂自身结构构建的六自由度机械臂基座坐标系和六自由度机械臂末端坐标系、及基于近红外光学定位仪内外参构建的近红外光学定位仪坐标系，计算各坐标系之间的位姿转换关系，实时获取穿刺针在空间中的姿态信息。